傳熱和熱力耦合是科學(xué)研究和工程實(shí)際中普遍存在的自然現(xiàn)象,在材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、航空裝備防護(hù)、自然災(zāi)害預(yù)測(cè)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。材料與結(jié)構(gòu)一體化熱力耦合模型與算法研究是力學(xué)、數(shù)學(xué)、物理學(xué)與材料科學(xué)等多學(xué)科交叉的研究領(lǐng)域,也是工業(yè)生產(chǎn)和裝備制造中需要著重解決的基礎(chǔ)問題。因此,建立多物理場(chǎng)耦合模型,發(fā)展高效的數(shù)值算法,研究材料和結(jié)構(gòu)在熱力荷載下的耦合熱彈塑性動(dòng)力響應(yīng)和損傷破壞行為的機(jī)理,探索熱力耦合行為的內(nèi)在規(guī)律,對(duì)于材料設(shè)計(jì)和優(yōu)化以及結(jié)構(gòu)性能安全評(píng)估具有重要意義。廣義插值物質(zhì)點(diǎn)法作為一種粒子類無網(wǎng)格方法,在多場(chǎng)耦合和損傷破壞等問題的數(shù)值模擬方面具有一定的優(yōu)勢(shì),在材料和結(jié)構(gòu)的動(dòng)力問題中得到了廣泛的應(yīng)用,已成為科學(xué)與工程計(jì)算中常用的數(shù)值方法之一。然而在熱力耦合問題中,由于尚未發(fā)展熱傳導(dǎo)問題的物質(zhì)點(diǎn)法模型,一般采用物質(zhì)點(diǎn)法進(jìn)行動(dòng)力分析,結(jié)合其他方法進(jìn)行傳熱分析。為了解決耦合場(chǎng)算法的不一致的問題,本文建立了熱力耦合分析的廣義插值物質(zhì)點(diǎn)法統(tǒng)一求解框架。首先提出熱傳導(dǎo)問題的廣義插值物質(zhì)點(diǎn)法模型;然后發(fā)展耦合熱彈塑性動(dòng)力問題的廣義插值物質(zhì)點(diǎn)法及其軸對(duì)稱形式;最后針對(duì)熱軟化和應(yīng)變局部化問題建立基于Cossera... 

【文章來源】：大連理工大學(xué)遼寧省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：186 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

圖１．２熱力耦合的應(yīng)用：（ａ）攪拌摩擦焊（ｂ）航空發(fā)動(dòng)機(jī)Ｗ；?（ｃ）飛船返回艙??（ｄ）金屬切削［６］??Ｆｉｇ．?１．２?Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ?ｏｆ?ｔｈｅｒｍｏｍｅｃｈａｎｉｃｓ：?（ａ）?ｆｒｉｃｔｉｏｎ?ｓｔｉｒ?ｗｅｌｄｉｎｇ⑶，（ｂ）?ａｉｒｃｒａｆｔ?ｅｎｇｉｎｅ［４］，??

為了解決上述問題，需要在模型中引入適當(dāng)?shù)恼齽t化機(jī)制來阻止方程性態(tài)的轉(zhuǎn)變。??前廣泛采用的正則化機(jī)制按照處理方式的不同可以分為兩種類型［５３，５４］：離散型模型和??彌散型模型。離散型的正則化模型一般適用于強(qiáng)間斷的剪切帶，如擴(kuò)展有限元和強(qiáng)間斷??方法。擴(kuò)展有限元最初是用于裂紋問題的分析［５５，５６］，也被成功用于應(yīng)變局部化現(xiàn)象的模??擬［５７，５８３。強(qiáng)間斷方法最初由Ｓｉｍｏ和Ｏｌｉｖｅｒ等提出，并將其發(fā)展到二維平面問題［６１，＠。??ｕ等［５３，５４］發(fā)展了飽和多孔介質(zhì)局部化問題的強(qiáng)間斷多尺度有限元模型，在水力壓裂問??題中取得了良好的效果。彌散型的正則化模型常用于弱間斷的剪切帶分析，這種方法得??到的剪切帶往往具有一定的寬度，且跟材料參數(shù)的選取有關(guān)，主要包括非局部理論、梯??塑性理論、廣義連續(xù)體理論（也稱為Ｃｏｓｓｅｒａｔ理論）。梯度塑性理論由ｎｅｃｋ和??ｕｔｃｈｉｎｓｏ＃３’６４１在２０世紀(jì)９０年代提出，采用轉(zhuǎn)動(dòng)應(yīng)變梯度和拉伸應(yīng)變梯度作為正則化??制，隨后被大量學(xué)者用于分析應(yīng)變局部化問題和斷裂問題［６５￣６７］。Ｚｈａｎｇ和ＳＣｈｒｅｆｌｅｒ［６８］??用梯度塑性理論對(duì)多孔介質(zhì)的動(dòng)力應(yīng)變局部化問題進(jìn)行了研究Ｊｉｒｉｓｅｋ和Ｒｏｌｓｈｏｖｅｎ＾??塑性梯度理論的基本性質(zhì)做了詳細(xì)的描述＝然而，梯度塑性理論在每個(gè)節(jié)點(diǎn)引入了塑??乘子自由度，一般采用罰函數(shù)法求解，帶來了更多的計(jì)算量。??Ｃｏｓｓｅｒａｔ連續(xù)體理論在經(jīng)典理論的框架下，引入了描述材料內(nèi)尺度參數(shù)的特征長度??

稱合熱彈塑性動(dòng)力問題的廣義插值物質(zhì)點(diǎn)法研究程和計(jì)算形函數(shù)梯度。物質(zhì)點(diǎn)法的求解過程主理信息通過形函數(shù)映射到背景網(wǎng)格；然后在背動(dòng)量；再將更新后的動(dòng)量映射回物質(zhì)點(diǎn)，得到時(shí)間步結(jié)束時(shí)，將變形的背景網(wǎng)格重置為初始算流程中可以看出，物質(zhì)點(diǎn)法需要在質(zhì)點(diǎn)和網(wǎng)算效率比有限元低，但是相對(duì)于有限元，物質(zhì)問題中具有較大的優(yōu)勢(shì)。??＂

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
[1]熱傳導(dǎo)問題的插值型無單元伽遼金方法[D]. 趙娜.太原科技大學(xué) 2014



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